WCDMA R6无线网络的流量特性和流量模型

1  引言

在WCDMA R6中增加了一系列新的业务：WSS（Wideband Speech Service），PSS（Packet-switch Streaming Service ），MMS（Multimedia Messaging Service），IMS（IP Multimedia Services）。这些新业务的共同特点就是对多媒体的支持，这也正是WCDMA R6所强调的重点及其优势所在。实际上，MSS和PSS标准就是3GPP针对短消息（SMS）之后的庞大市场而专门制定的标准，可见其意义之重大。

WCDMA R6将为核心网提供全IP网络，这样，就形成了一个支持音频和视频服务的IP多媒体网络。该网络能够保障所提供的音频和视频服务的服务质量（QoS），另外还支持音频和视频通信的无缝集成。这样，就对WCDMA的流量分析造成了以下两方面的影响。

首先，与传统的请求/应答的HTTP流量相比，多媒体流通常有更长的持续时间。一般情况下，多媒体流采用UDP协议作为下层的传输协议，这样就对网络拥塞反应较慢。所以，多媒体流的流量特性与Web流量的差异很大。随着多媒体流流量的增加，网络性能会受到重要影响。所以，WCDMA R6新业务对多媒体的支持极大地加大了对系统带宽的要求，对系统资源的设计、配置增加了不小的压力。为设计新的网络，对系统资源进行合理分配，人们需要了解WCDMA新业务的流量特性和流量模型。

其次，这些新业务极大地丰富了客户的选项和需求。为了更加有效地使用系统资源、满足不同客户的各种要求，QoS对WCDMA R6的重要性相应地上升到前所未有的高度。为了在WCDMA R6的网络中有效地提高QoS，人们也需要了解WCDMA新业务的流量特性和流量模型。

从以上两方面出发，WCDMA R6的运营商和设备供应商都迫切需要了解WCDMA新业务的流量特性和流量模型，这也是本文所关注的重点。

2  3G移动通信网络新业务的网络流量模型

WCDMA R6的新业务有WSS，PSS，IMS，MMS。其中，PSS是包交换业务流服务，IMS是实时IP多媒体服务，MMS是非实时多媒体消息服务。

在这3类新业务中，WSS为音频业务流，其余均为多媒体流，本文分别予以讨论。

2.1  WSS业务的网络流量模型

WSS为音频业务流，包括用户的语音通话。尽管在WCDMA R6中，可用带宽增加了，但这对用户的语音通话的行为方式没有影响。所以WSS的流量特性仍然符合传统的语音通话流量模型。

语音通话行为用交替的活跃时段和安静时段表示，一个事件驱动的状态模型（见图1）被用来刻画这两种随机时段。实际上，活跃时段和安静时段均符合负指数分布。Tactive表示通话处于活跃时段，并且在上行链路上进行发送的平均时间，Tsilent表示通话处于安静时段，并且在下行链路上进行接收的平均时间。并且，两者的均值满足：Tsilent+Tactive=3s。这使得一条通话信道的活跃期大约为50%～60%。这里需要注意，所有移动用户的通话行为彼此无关。

图1 通话行为模型

如图2所示，一次语音通话服务的会话持续时间的均值为tD，Speech=120，该会话持续时间符合负指数分布。而且在这一时段，建立该会话的连接将独占系统的相关资源。

图2  话音业务服务模型

2.2  PSS，IMS和MMS业务的网络流量模型

由于WCDMA R6增加了可用带宽，这几种新业务都能够为移动设备同时提供多媒体服务，并且支持以下多种媒介类型：音频业务流（包括语音），视频业务流，静态图片，2D和3D图形及动画，文本（包括简单文本类型和复杂文本类型，如可描述字体、颜色、大小），合成的音频流，元数据（Metadata）。

这样，我们就可以将这几种新业务的流量分为数据业务流（包括以上媒介类型的后5种，因为它们都是以数据流的形式来传输的）、视频业务流和音频业务流服务这3类。当然，就流量来说，前两者占了绝大多数。

PSS，IMS和MMS业务以数据业务流、视频业务流和音频业务流这样的流传输的机制提供服务。

对于音频流而言，可以用符合截断式Pareto分布的ON/OFF模型来刻画：

　　（1）

　　（2）

该模型的具体参数为：

● 会话时段：形状参数α＝1.6，均值m＝2.4s的Pareto分布。

● 两次会话间的间歇时段：参数λ=36/0.16K的指数分布，K是一个用户建立的音频连接数的均值。

● 会话数传率：20kbit/s。

● 包大小：500bytes。

● ON时段：参数为0.2s的指数分布。

● OFF时段：一个确定值，均值m＝2.4s。